efecto del tratamiento tÉrmico en la capacidad

45Volumen XXI, Número 1

Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud http://biotecnia.unison.mx

Universidad de Sonora“El saber de mis hijos hará

mi grandeza”

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EFECTO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO EN LA CAPACIDAD FERMENTATIVA DE HARINAS DE AVENA, MAÍZ Y SORGO PARA SER

UTILIZADAS EN LA SUSTITUCIÓN DE HARINA DE TRIGOEFFECT OF THERMAL TREATMENT ON FERMENTATIVE CAPACITY OF OAT, CORN, AND SORGHUM

FLOURS FOR USAGE IN WHEAT FLOUR SUBSTITUTION

Francisco Vásquez Lara*1,2, Samuel Verdú Amat1, Alma Rosa Islas Rubio2, Benjamín Ramírez Wong3, José Manuel Barat Baviera1, Raúl Grau Meló1

1 Departamento de Tecnología de Alimentos. Universidad Politécnica de Valencia, CP 46022, Valencia, España.2 Departamento de Tecnología de Alimentos de Origen Vegetal. Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.,

CP 83304, Hermosillo, Sonora, México.3 Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos. Universidad de Sonora, CP 83000, Hermosillo, Sonora, México.

*Autor para correspondencia: Francisco Vásquez LaraCorreo electrónico: [email protected]: 03 de octubre de 2017Aceptado: 25 de abril de 2018

RESUMENUna parte importante del proceso de panificación

es la fermentación. El objetivo fue evaluar el efecto de la temperatura (80, 100 o 130 °C) sobre la capacidad fermentativa de las harinas de avena (HA), maíz (HM) o sorgo (HS) al utilizarse en la sustitución de harina de trigo (HT) a niveles de 10 o 20 %. Se determinó la distribución del tamaño de partícula, capacidad de retención de agua (CRA), y perfil de viscosidad de las harinas utilizando el RVA (Rapid Visco Analyser) y la capacidad fermentativa (medida como volumen de la masa) después de una hora de fermentación. La CRA se vio favorecida cuando se utilizó HA al 20 % tratada térmicamente a 100 °C. Parámetros de viscosidad: temperatura de empaste, viscosidad pico y final fueron afectados al tratar térmicamente las harinas. Estos efectos fueron más notorios al ser sometidas a 130 °C. La capacidad fermentativa mejoró considerablemente cuando se utilizó HA al 20 % (163.93 cm3) tratada a 100 °C, incluso mayor a la alcanzada por HT (136.32 cm3). La utilización de HM y HS al 10% tratada a 130 °C también favoreció este parámetro, sin embargo, no al nivel alcanzado por HT.Palabras clave: Harina de trigo, tratamiento térmico, sustitución, perfil de viscosidad, capacidad fermentativa.

ABSTRACTAn important part of the baking process is the fermen-

tation step. The aim of this research was to evaluate the effect of heat treatment (80, 100, or 130 °C) on the fermentative capacity of oat (HA), corn (HM) and sorghum (HS) flours when used in the substitution of wheat flour (HT) at levels of 10 or 20 %. The distribution of particle size, water holding capacity (CRA), viscosity profile of flours using RVA (Rapid Visco Analy-ser), and the fermentative capacity (measured as dough vol-ume) were determined after one hour of fermentation. The CRA was favored with the use of thermally treated (100 °C) 20 % HA. Heat-treatment of flours affected viscosity parameters such as pasting temperature, peak, and final viscosity. These effects were more noticeable when subjected at 130 °C. The fermentative capacity considerably improved when 20 %

HA (163.93 cm3) was treated at 100 °C, even higher than that obtained by HT (136.32 cm3). The use of 10 % HM, and HS treated at 130 °C also favored this parameter, however, not at the level reached by HT.Key words: Wheat flour, heat treatment, substitution, viscos-ity profile, fermentative capacity.

INTRODUCCIÓNLos procesos de tratamientos térmicos son aplicados

ocasionalmente en harina de trigo con el propósito de llevar a cabo modificaciones en sus propiedades físicas, reológicas o vida de anaquel (Bucsella et al., 2016). Este tratamiento térmico busca la remoción de humedad en la harina, sin embargo, es importante ajustar de nuevo la humedad a 12 % para desarrollar estos cambios que son requeridos (Neill et al., 2012). Entre estos cambios se encuentran principalmente, pre gelatinización del almidón y una pérdida total de las propiedades funcionales de las proteínas del gluten debido a su desnaturalización. El uso de nuevas tecnologías para el tratamiento térmico sobre harinas permite ampliar el mercado y la utilización de productos preparados en todos los campos de la industria alimentaria. Así, la utilización de harinas tratadas térmicamente se ha incrementado de forma considerable, siendo productos tales como salsas, cremas y rellenos, alimentos infantiles, alimentos precocidos, alimentos instantáneos, salchichas, pan y productos derivados de trigo donde se ha observado una mayor utilización de este tipo de harinas. Estudios realizados por Sahin (2008) con pasteles hechos de harina tratada térmicamente reportó que estas masas muestran una mayor viscosidad comparada con masas hechas de harinas sin tratar. Ozawa et al. (2009) realizaron diferentes estudios sobre el efecto que tiene la aplicación de temperatura en las características físicas y químicas en harinas de trigo. No observaron cambios que afectaran la estructura del gránulo de almidón, sin embargo, si sucedieron cambios importantes en el gluten de las harinas afectando la viscosidad de las mismas al ser analizado su perfil amilográfico. Dentro de los beneficios observados al aplicar tratamientos térmicos en harinas están: inactivación


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Vásquez-Lara et al: Biotecnia / XXI (1): 45-53 (2019)

de enzimas que produce harinas más estables, disminución de la rancidez y procesos de oxidación, una reducción drástica del número de bacterias, mejora del color, aumento de la vida de anaquel y una forma más natural de agregar sabor a los alimentos generados con este tipo de harinas. Partiendo de los efectos positivos que podría introducir la aplicación de temperatura en las harinas es que se plantea como objetivo modificar las características de las harinas de avena, maíz y sorgo, mediante tratamientos térmicos, con la finalidad de incidir sobre su capacidad fermentativa al ser utilizadas en la sustitución de harina de trigo, de tal manera que estas puedan ser mejoradas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la temperatura (80, 100 o 130 °C) sobre la capacidad fermentativa de la HA, HM y HS al ser utilizadas en la sustitución de HT a niveles de 10 o 20 %.

MATERIALES Y MÉTODOSMateria prima

La materia prima fue HT, HA, HM y HS. Además, para la elaboración de las masas y medir la capacidad fermentativa de cada una se utilizó aceite de girasol (acidez máxima 0.2º Koipesol Semillas, S.L. España), levadura (Saccharomyces cerevisiae, Lesafre Ibérica, S.A. España), azúcar blanca (≥ 99.8 % of sacarosa, Azucarera Ebro, S.L. España) y NaCl (sal marina refinada ≥ 97 % NaCl Salinera Española. S.A. España), todas ellas compradas en una tienda local.

Preparación de las mezclas de harinasLas formulaciones binarias que se evaluaron se basan

en la mezcla de HA, HM o HS con HT. Estas harinas fueron utilizadas para elaborar las masas a las cuales se les midió su capacidad fermentativa. Para determinar el efecto del tratamiento térmico la HA, HM o HS, fueron sometidas a tres temperaturas diferentes: 80, 100 o 130 °C (Horno Modelo Fagor 2CF-3V) durante 30 min. Después de realizar el tratamiento térmico las harinas se acondicionaron a una temperatura de 25 °C y 15 % de humedad relativa en una cámara de fermentación (Modelo KBF720 Binder, Tuttlingen, Alemania) durante 17 h. Las HA, HM y HS obtenidas después de haberse sometido al tratamiento térmico y acondicionamiento, fueron mezcladas con la HT en las proporciones de 10/90 y 20/80 (peso/peso), respectivamente.

Distribución del tamaño de partícula (DTP)Se analizó la distribución de tamaño de partícula de

las harinas, d(0.1) µm, d(0.5) µm y d(0.9) µm, representando el diámetro máximo de 10, 50 y 90 % de las partículas, además de la media del volumen ponderado D[4,3] µm. Para ello se utilizó un Láser Scattering (Mastersizer 2000, Malvern, Instruments, UK), equipado con una unidad Scirocco (Dry Powder Unit) (Villarino et al., 2015). La difracción láser mide las distribuciones de tamaño de las partículas a partir de la variación angular de la intensidad de la luz dispersada cuando un rayo láser pasa a través de una muestra de partículas dispersas. El equipo tiene un rango de medida de 0.02-2000

µm. Los parámetros de medida fueron fijados de acuerdo a la norma ISO 13320-1. Se aplicó la teoría Mie considerando un índice de refracción de 1.52 y de absorción de 0.1.

Capacidad de retención de agua (CRA)La capacidad de retención de agua se realizó en base

al método 56-11 (AACC, 2000). Se colocaron 5± 0.05 g de harina en un tubo de 50 mL (Nalgene Centrifuge Ware) a la cual se le añadió 25 g de agua ± 0.05 g. La mezcla fue agitada vigorosamente por 5 s para hacer suspender la harina. Las muestras se mantuvieron 20 min en agitación intermitente a los 5, 10, 15 y 20 min seguida de centrifugación por 15 min a 1000 x g (Centrifuge Beckman Coulter Allegra X-30R, Brea, California, USA) a temperatura ambiente. El sobrenadante fue descartado y el pellet húmedo fue decantado por 10 min para finalmente ser pesado. Los cálculos se realizaron de acuerdo a Haynes et al. (2009).

Análisis de viscosidad: Rapid Visco Analyzer (RVA)El perfil de viscosidad de las harinas fue obtenido de

acuerdo al método 76-21 (AACC, 2000). Las muestras de HT, HA, HM y HS fueron analizadas en base a 3.5 g ± 0.01 g de muestra ajustadas al 14 % de humedad. La cantidad de agua a incorporar fue de 25 g ± 0.01 g resultado del propio ajuste al que se llevó a las harinas (Shittu et al., 2007). Para esta determinación se utilizó el viscosímetro RVA (Rapid Visco Analyser Super 4, Newport Scientific Australia). Mediante el software Thermocline del RVA se seleccionó el perfil de la prueba (estándar 1) que fue de una temperatura inicial de 50 °C y 960 rpm, disminuyendo la velocidad a 160 rpm a los 10 s. Al minuto, la temperatura se mantuvo en 50 °C para aumentar hasta 95 °C a los 4.42 min, manteniéndose así hasta los 7.42 min. A los 11 min la temperatura bajo a 50 °C hasta terminar la prueba a los 13 min.

Capacidad fermentativaPara realizar esta medición se elaboró la masa

de la siguiente manera: Se colocaron 126 g de agua, 7.4 g de aceite, 4 g de sal y 14.8 g de azúcar en el tazón de la amasadora y se mezcló por 2 min a velocidad 3 (Thermomix Vorwerk, Wuppertal, Alemania). Transcurrido este tiempo se agregó 8.4 g de levadura y se procedió a mezclar durante 30 s. Después se adicionaron 110 g de harina y se mezclaron por 30 s, incorporándose finalmente el resto de la harina (105 g), mezclando durante 4.5 min más a 37 °C. El programa del equipo está enfocado a la mezcla de los ingredientes por medio de unas hélices que giran al azar en ambas direcciones a una velocidad de 550 rpm, con el objetivo de obtener una masa homogénea. Para llevar a cabo la medición del volumen se tomaron 70 g de la masa que se colocaron en un tubo cilíndrico graduado de vidrio (Soleimani Pour-Damanab et al., 2011) (5.5 cm de diámetro y 15.5 cm de alto), el cual se introdujo a la cámara de fermentación (Modelo KBF720 Binder, Tuttlingen, Alemania) con humedad relativa y temperatura controlada (90 % HR y 40°C) por una hora. Mediante el registro del volumen inicial de la masa y el


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Vásquez-Lara et al: Efecto del tratamiento térmico en la capacidad fermentativa / XXI (1): 45-53 (2019)

obtenido a la hora de fermentación se calculó la capacidad de la masa para ser fermentada.

Diseño de experimentos y análisis estadísticoSe utilizó un diseño de experimento factorial 2x3,

donde los factores fueron el grado de sustitución de la harina de trigo (10 o 20 %) y la temperatura (80, 100 o 130 °C). Los resultados se analizaron aplicando un procedimiento de comparación múltiple para determinar cuáles medias son significativamente diferentes de otras (P<0.05). Para discriminar entre las medias se utilizó el procedimiento de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher. El Análisis estadístico se llevó a cabo con el programa Statgraphics Centurion XVI con un nivel de confianza del 95 %.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNDistribución de tamaño de partícula (DTP)

En la Tabla 1 se presenta la distribución del tamaño de partícula obtenidos para las mezclas de harinas resultado de la sustitución de HT con HA, HM o HS al 10 o 20 % (tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C durante 30 min). Al analizar los valores de D[4,3] µm obtenidos cuando la harina de susti-tución fue HA, el análisis estadístico mostró que la tempera-tura, % de sustitución y la interacción entre ambos tuvieron un efecto significativo (P<0.05) en la DTP. El análisis del efecto

del tratamiento térmico cuando el grado de sustitución fue del 10 % o del 20 % no mostró diferencias significativas por el efecto de las diferentes temperaturas empleadas salvo para las mezclas HT: HA al 10 % con tratamiento térmico de 130 °C/30 min y HT: HA al 20 % con tratamiento térmico de 80 °C/30 min, las cuales obtuvieron el menor DTP (105.53 ± 1.10) y mayor valor de DTP (147.03 ± 13.33), respectivamente. Al utilizar HM en la sustitución de HT, igual que en el caso anterior el análisis mostró que los factores temperatura o porcentaje de sustitución tuvieron un efecto significativo. Las únicas mezclas que presentaron valores iguales a la harina patrón HT fueron las tratadas térmicamente a mayor temperatura (130 °C), para ambos grados de sustitución (10 y 20 %) siendo los valores obtenidos de DTP 103.05 ± 1.28 y 105.94 ± 0.76, respectivamente. Para el resto de mezclas los valores obtenidos de DTP fueron superiores al de HT y también superiores al obtenido por la harina sustituida al 10 % sin tratamiento térmico, lo que podría mostrar que la aplicación de un tratamiento térmico suave incrementa el tamaño de partícula, pero que con uno más intenso este se reduce incluso llegando al valor del tamaño de la harina HT. Los resultados obtenidos al utilizar HS tratada térmicamente a 80, 100 o 130 °C a un nivel de sustitución del 10 % no mos-traron diferencias significativas con respecto a HT. En cambio, cuando el nivel de sustitución fue del 20 %, si se tuvieron

Tabla 1. Distribución del tamaño de partícula de HT1 sustituida con HA, HM o HS al 10 o 20 % tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C durante 30 min.Table 1. Particle size distribution of HT1 substituted with HA, HM or HS at 10 or 20 %, heat-treated at 80, 100 or 130 °C for 30 min.

Harina d(0.1) µm d(0.5) µm d(0.9) µm D[4,3] µm

Trigo 25.53 ± 1.15h 92.32 ± 0.63e 181.11 ± 0.80a 92.42 ± 0.88a

HT:HA 10% (80°C/30 min) 21.01 ± 0.07c 89.82 ± 0.30a 198.14 ± 1.86bcde 113.21 ± 2.28bc

HT:HA 10% (100°C/30 min) 21.07 ± 0.16c 90.44 ± 0.50ab 200.29 ± 2.47cde 113.92 ± 3.07bc

HT:HA 10% (130°C/30 min) 21.28 ± 0.09c 89.98 ± 0.26a 195.53 ± 1.47bcd 105.53 ± 1.10ab

HT:HA 20% (80°C/30 min) 20.08 ± 0.21ab 94.23 ± 1.72f 260.95 ± 21.39i 147.03 ± 13.33f

HT:HA 20% (100°C/30 min) 19.88 ± 0.11a 91.28 ± 0.59bcd 226.57 ± 4.03g 118.61 ± 2.6cd

HT:HA 20% (130°C/30 min) 19.93 ± 0.12a 91.10 ± 0.63bc 224.54 ± 3.58g 116.78 ± 4.48cd

HT:HM 10% (80°C/30 min) 22.43 ± 0.23de 94.75 ± 0.26fg 206.64 ± 1.71ef 119.42 ± 0.86cd

HT:HM 10% (100°C/30 min) 22.94 ± 0.14fg 95.54 ± 0.52gh 209.57 ± 1.98f 124.19 ± 2.92de

HT:HM 10% (130°C/30 min) 22.29 ± 0.14d 92.15 ± 1.06de 195.45 ± 2.55bc 103.05 ± 1.28a

HT:HM 20% (80°C/30 min) 21.23 ± 0.13c 96.05 ± 0.87h 209.27 ± 6.43f 114.57 ± 12.21bc

HT:HM 20% (100°/30 min) 20.99 ± 0.55c 97.30 ± 1.90i 221.56 ± 15.09g 132.30 ± 23.44e

HT:HM 20% (130°C/30 min) 20.44 ± 0.36b 94.92 ± 0.51fg 204.13 ± 1.98ef 105.94 ± 0.76ab

HT:HS 10% (80°C/30 min) 22.11 ± 0.15d 91.91 ± 0.34cde 191.30 ± 0.69b 101.30 ± 0.44a

HT:HS 10% (100°C/30 min) 22.83 ± 0.13f 94.10 ± 0.45f 203.65 ± 1.25def 107.18 ± 0.82ab

HT:HS 10% (130°C/30 min) 22.83 ± 0.09f 94.12 ± 0.32f 203.46 ± 0.93cdef 106.77 ± 0.42ab

HT:HS 20% (80°C/30 min) 23.24 ± 0.07g 100.68 ± 0.25j 237.84 ± 1.55h 119.88 ± 0.77cd

HT:HS 20% (100°C/30 min) 23.35 ± 0.13g 101.13 ± 0.70j 240.02 ± 4.37h 122.57 ± 5.51cd

HT:HS 20% (130°C/30 min) 22.82 ± 0.20ef 100.90 ± 0.89j 240.21 ± 9.83h 124.88 ± 10.95de

1HT, harina de trigo; HA, harina de avena; HM, harina de maíz; HS, harina de sorgo.2Medias con la misma letra dentro de la columna no son significativamente diferentes (p≥0.05).


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diferencias significativas con respecto a HT, siendo los valo-res obtenidos superiores cuanto mayor fue la intensidad del tratamiento térmico. Estudios realizados por Kim et al. (2004), observaron que la distribución del tamaño de partícula de las harinas de trigo era dependiente de la temperatura. La apli-cación de 60 °C mostró cambios significativos en el tamaño y la distribución de las partículas de las harinas. Este resultado se lo atribuyeron al hinchamiento de los gránulos de almidón en respuesta al incremento de temperatura. Estudios realizados por Neill et al. (2012), determinaron que la harina tratada con calor puede ser usada en muchas aplicaciones en el procesamiento de alimentos. También concluyeron que la utilización de este tipo de harinas desarrolla productos con mayor vida de anaquel, textura más fina, miga más húmeda y sabor más dulce. Además, el tratamiento por calor disminuyó la extensibilidad del gluten y la parcial gelatinización de los gránulos de almidón. La aplicación de estos tratamientos con temperatura genera cambios en la distribución del tamaño de partícula de las harinas (Kim et al., 2004), principalmente en la fracción amilosa, que por su característica lineal facilita su degradación en comparación con amilopectina que es mucho más ramificada (Labanowska et al., 2013). Rasper y DeMan (1980) realizaron estudios en harinas de trigo y ob-servaron que durante el calentamiento de estas se presenta un hinchamiento que contribuye significativamente al desa-rrollo de las propiedades reológicas.

Capacidad de retención de agua (CRA)Las Figuras 1A, 1B y 1C presentan la capacidad de re-

tención de agua en las mezclas de harinas HT: HA, HT: HM y HT: HS, respectivamente, para los dos niveles de sustitución evaluados (10 o 20 %) y tratadas a las tres temperaturas estu-diadas (80, 100 o130 °C) durante 30 minutos. Además, en las figuras en las que se muestran los datos como una superficie de respuesta también se muestran mediante una línea los valores obtenidos para HT. En la Figura 1A, se observa que las harinas con sustitución parcial de HT por HA fueron tratadas térmicamente, independientemente de la intensidad de éste y del grado de sustitución, la CRA aumentó, llegando en el caso de la harina con un 20 % de sustitución y con un trata-miento térmico a 100 °C a alcanzar un valor superior (69.32 % ± 0.61) al de HT (69.15 % ± 0.21). Además del tratamiento térmico, el grado de sustitución también fue significativo y como se puede apreciar en la figura, los valores para el nivel de sustitución 10 % fueron menores que para 20 %. La Figura 1B muestra los resultados de CRA cuando HT fue sustituida por HM obteniéndose valores muy lejanos a los observados por HT. Los valores más altos fueron observados cuando se utilizó HM al 10 % (66.76 % ± 0.73) o 20 % (66.88 % ± 0.44), ambas tratadas a 100 °C, temperatura que ya se mostró como la más influyente para las sustituciones realizadas con HA. Finalmente, los resultados obtenidos cuando se utilizó HS en la sustitución de HT bajo las mismas condiciones de trata-miento se muestran en la Figura 1C. Se observa que el efecto del tratamiento térmico fue muy influyente y más de forma negativa. Al tratar térmicamente las harinas HS, indepen-

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1820C

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B

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Figura 1. Capacidad de retención de agua de la HT sustituida al 10 o 20 % con HA (A), HM (B) o HS (C) tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C por 30 min.Figure 1. Water holding capacity of the HT substituted with HA (A), HM (B) or HS (C) at 10 or 20 %, heat-treated at 80, 100 or 130 °C for 30 min.


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dientemente de la intensidad de este y del grado de sustitu-ción de la harina, se produjo un descenso muy marcado en la CRA. La capacidad de retención de agua se refiere a la capaci-dad que tienen los alimentos o sus componentes a retener agua bajo ciertas condiciones (Labuza y Busk, 1979). En hari-nas, esta propiedad es usada para determinar su calidad y habilidad para formar una masa viscoelástica, la cual es esencial en la industria de los alimentos ya que determina las propiedades funcionales de las masas. Resultados obtenidos por Berton et al. (2002) determinaron la importancia del nivel de molienda de las harinas de trigo y la capacidad de reten-ción de agua, donde un mayor nivel de molienda se traduce en un tamaño de partícula más pequeño y una mayor capa-cidad de retención de agua. Esta relación no fue observada para las harinas en estudio, sin embargo, hay que considerar la composición química de las harinas ya que durante la mo-lienda una parte de los gránulos de almidón se dañan par-cialmente lo que permite la penetración del agua y el ataque enzimático, así la cantidad mayor de almidón dañado va a generar un aumento en la absorción de agua. El gránulo de almidón puede absorber entre 39 y 87 % de agua en peso (Larsen, 1964; Rasper y Deman, 1980), mientras que el almi-dón dañado entre 200 y 430 % (Bushuk, 1966; 1964), pento-sanas entre 500 y 1500 % (Jelaca, 1971) y proteínas entre 114 y 215 % (Larsen, 1964; Bushuk, 1966). Así pues, a cierto nivel de daño las propiedades mecánicas de la masa pueden verse afectadas de forma negativa. La Figura 2 presenta los resultados obtenidos de temperatura de empaste, viscosidad pico y viscosidad final en las mezclas de HT con HA, HM o HS tratadas térmicamente en niveles de sustitución del 10 y 20 %, además de los resultados obtenidos en HT. Como se observa en el caso de las harinas sustituidas parcialmente con HA, el efecto del tratamiento térmico solo fue significativo cuando las harinas sustituidas al 10 y 20 % fueron tratadas a 130 °C, obteniéndose un descenso muy importante de este parámetro (67.67 °C ± 1.30; 69.35 °C ± 0, respectivamente) hasta alcanzar casi el valor de la harina de referencia HT (68.95 °C ± 0.63). Cuando la harina utilizada en la sustitución fue HM, el efecto del tratamiento térmico fue muy ligero, observándose un pequeño descenso para el nivel de sustitución 20 % tratadas a 80 y 100 °C (82.22 °C ± 1.09 y 83.12 °C ± 0.08), respectivamente. Finalmente, al ser utilizada HS, el efecto del tratamiento térmico fue el menor con respecto al resto de las mezclas de harinas, solo evidenciándose diferencias significativas cuando se utilizó HS a un nivel de sustitución del 10 % y un tratamiento térmico de 130 °C. La temperatura de empaste da una idea de la temperatura mínima requerida para la transformación en pasta de la muestra, y puede tener implicaciones para la estabilidad de otros componentes en una fórmula y también en los costos de energía. Estos valores se ven afectados por las características propias de los cereales y la interacción con el agua, además de la temperatura y tiempo de la prueba. Una mayor temperatura de empaste puede ser reflejo de una mayor estabilidad interna del gránulo de almidón, normalmente asociada a una mayor presencia de zonas

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np

Harina avena Harina sorgoHarina maíz

Figura 2. Temperatura de empaste, viscosidad pico y viscosidad final de la HT sustituida al 10 o 20 % con HA, HM o HS tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C por 30 min.Figure 2. Pasting temperature, peak and final viscosity of the HT substitu-ted with HA (A), HM (B) or HS (C) at 10 or 20 %, heat-treated at 80, 100 and 130 °C for 30 min.

semicristalinas y a un mayor contenido de amilosa (Imberty et al., 1988). Por otra parte, harinas con más baja temperatura de empaste son generadas por una absorción rápida de agua por los gránulos de almidón debido al debilitamiento de las moléculas (amilosa-amilopectina), fenómeno asociado a una menor presencia de amilosa y a una mayor presencia de regiones cristalinas dentro del gránulo que requieren temperaturas más bajas de calentamiento (Alvis et al., 2008). En relación a viscosidad pico, se observa como influyó el


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tratamiento térmico sobre este parámetro. En general, el tratamiento térmico más suave (80 °C) hizo incrementar los valores de éste en todas las harinas y para los dos niveles de sustitución (a excepción de la HS con un nivel de sustitución del 20 % y tratada térmicamente a 130 °C), alcanzando valores muy superiores a los de HT (2245 cP ± 15.55), sin embargo, con el incremento de la intensidad de los tratamientos, los valores fueron disminuyendo alcanzando en algún caso (HT: HS 20 % a 130/30 min) un valor muy inferior al de HT. La viscosidad pico indica la capacidad de retención de agua del almidón o de la mezcla. Es frecuentemente correlacionada con la calidad del producto final y también nos proporciona una indicación de la viscosidad probable de una mezcla. La viscosidad pico puede alcanzarse antes de que se llegue a la temperatura máxima, o puede no ocurrir hasta después de alcanzar dicha temperatura. Aquellas muestras que llegan a la viscosidad máxima antes de la temperatura máxima son almidones que muestran un rápido hinchamiento de sus gránulos. La viscosidad pico se relaciona con una combinación de la cantidad de hinchamiento de los gránulos y la velocidad de rompimiento. Los gránulos que tienen un alto poder de hinchamiento también tienden a tener una alta viscosidad. Así, es importante considerar la velocidad de calentamiento ya que esta también tiene un efecto importante sobre la viscosidad pico (Batey, 2000). Estudios realizados por Ferreras-Charro (2009), con diferentes fracciones de la molienda del trigo y harina de trigo, obtuvo valores de viscosidad pico de 2298 cP, valor muy cercano al obtenido en nuestro estudio para HT (2245 cP). Con respecto a HA, estudios con harina de avena comercial (Hüttner et al., 2010) encontraron rangos que van desde 3900 a 4900 cP, bastantes altos en comparación a los obtenidos en la HA (2887.5 cP) utilizada en nuestro estudio. Otros estudios (Tadeu Paraginski et al., 2014) relacionados con las propiedades de viscosidad de harina de maíz almacenada a diferentes tiempos obtuvieron valores de viscosidad pico de 3100 cP, muy cercano al resultado obtenido en esta investigación. Estudios realizados por Lee et al. (2002) con harina de sorgo donde fueron analizadas sus propiedades de viscosidad, encontraron rangos de viscosidad pico de 2300 a 2500 cP. En el caso de la viscosidad final se observó un efecto del tratamiento térmico similar al observado en la viscosidad pico. En términos generales la aplicación del tratamiento térmico de 80 °C o 100 °C produjeron un incremento en la viscosidad final, la cual fue más evidente cuando el grado de sustitución fue mayor (20 %), alcanzando valores superiores a las obtenidas en HT, siendo este comportamiento más notorio para las sustituciones hechas con HM o HS. Además, con el incremento de la intensidad del tratamiento térmico se produjo un descenso de la viscosidad final, lo anterior fue para los dos niveles de sustitución. La viscosidad final es el parámetro más comúnmente utilizado para definir la calidad de una muestra en particular, ya que indica la capacidad del material para formar una pasta o gel después de la cocción y el enfriamiento. En relación al valor obtenido para HT, estudios

realizados por Ferraras-Charro (2009) encontraron valores de 2689 cP, muy similar al obtenido en nuestro estudio (2660 cP). Otro cereal que se destacó por el alto valor registrado con respecto al resto de las harinas fue HM, sin embargo, valores más altos (7099 cP) fueron encontrados para este mismo cereal por Tadeu-Paraginski et al. (2014). Hüttner et al. (2010) al trabajar con harinas de avena comercial encontró valores en un rango de 4400 a 4800 cP, valores ligeramente superiores al obtenido en nuestro estudio (4024 cP). En lo que respecta a HS, estudios realizados por Lee et al. (2002) observaron valores en un rango de 3400 a 3600 cP, rango en el que se encontró el valor obtenido en nuestras muestras (3461.5 cP). Los resultados obtenidos de viscosidad mínima, viscosidad de ruptura y viscosidad de restitución se muestran en la Tabla 2. La viscosidad mínima de las mezclas de harinas, mostraron diferencias significativas con respecto a HT (1421.5 cP ± 4.94). Al ser utilizada HA en la sustitución se logra apreciar como disminuye la viscosidad a medida que se incrementa el tratamiento térmico para la sustitución de 10 o 20 %. Este mismo comportamiento es observado al utilizar HS en las mismas condiciones de sustitución o tratamiento térmico que HA. También se observa como al incrementar la temperatura de tratamiento a 130 °C los valores más bajos de viscosidad (1378.5 cP ± 9.19 y 1335 cP ± 11.31) son obtenidos para estos dos cereales sustitutorios (HA o HS). Al igual que la viscosidad final la influencia estadística significativa estuvo determinada por los factores temperatura, % de sustitución y la interacción de ambas. En lo que respecta al comportamiento de HM para este análisis, incrementos en esta medición en harinas tratadas a 80 o 100 °C/30 min fueron observados para los dos niveles de sustitución, sin embargo, una disminución importante es apreciada en HM tratada a 130 °C al ser utilizada al 10 o 20 % (1482.5 cP ± 9.19 o 1541 cP ± 5.65) en sustitución de HT. El análisis de varianza mostró el efecto significativo por los factores temperatura, % de sustitución y la interacción de ambos al igual que los observados al utilizar HA o HS. La viscosidad de ruptura no mostró diferencias significativas (P>0.05) entre HT (823.5 cP ± 10.6) y la HT sustituida al 20 % con HA tratada a 80 o 100 °C durante 30 min (821 cP ± 9.89 o 825.5 cP ± 3.53) respectivamente, así como cuando la HT fue sustituida con HM al 10 o 20 % tratadas a 130 °C/30 min (836 cP ± 9.89 o 810 cP ± 9.89) respectivamente. En cambio, cuando se utilizó HS en la sustitución, todas las mezclas obtenidas mostraron diferencias con respecto a HT, excepto cuando esta fue sustituida al 10 % con HS tratada a 130 °C (807.5 cP ± 3.53). La tendencia en estas últimas sustituciones fue de disminuir el valor de viscosidad de ruptura a medida que incremento el nivel de sustitución y la temperatura de tratamiento térmico, comportamiento contrario al observado cuando se utilizo HA en las sustituciones. El análisis de varianza mostró como los factores temperatura, % de sustitución y la interacción de ambos tuvieron influencia en la significancia estadística observada, el mismo caso que cuando se utilizó HA en la sustitución de HT. Finalmente, la viscosidad de restitución mostró diferencias significativas entre HT (1238.5 cP ± 10.6) y


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Harina Viscosidad mínima(cP)

Viscosidad de ruptura (cP)

Viscosidad de restitución(cP)

Trigo 1421.5 ± 4.94d 823.5 ± 10.6ef 1238.5 ± 10.6a

HT:HA 10% (80°C/30 min) 1633.5 ± 0.7l 846 ± 7.07g 1414 ± 11.31b

HT:HA 10% (100°C/30 min) 1610 ± 4.24k 849.5 ± 3.53g 1408 ± 0b

HT:HA 10% (130°C/30 min) 1393.5 ± 4.94c 933 ± 5.65j 1453 ± 8.48d

HT:HA 20% (80°C/30 min) 1781 ± 4.24o 821 ± 9.89def 1437.5 ± 4.94c

HT:HA 20% (100°C/30 min) 1623.5 ± 4.94kl 825.5 ± 3.53ef 1452 ± 4.24d

HT:HA 20% (130°C/30 min) 1378.5 ± 9.19b 843 ± 9.89g 1434 ± 5.65c

HT:HM 10% (80°C/30 min) 1477 ± 7.07ef 897.5 ± 6.36i 1546 ± 5.65f

HT:HM 10% (100°C/30 min) 1541.5 ± 6.36j 923.5 ± 2.12j 1582 ± 4.24h

HT:HM 10% (130°C/30 min) 1482.5 ± 9.19f 836 ± 9.89fg 1481.5 ± 4.94e

HT:HM 20% (80°C/30 min) 1682 ± 5.65m 1022.5 ± 4.94k 1989 ± 9.89l

HT:HM 20% (100°/30 min) 1711 ± 7.77n 1007 ± 8.48k 1978 ± 2.82l

HT:HM 20% (130°C/30 min) 1541 ± 5.65ij 810 ± 9.89de 1598.5 ± 4.94i

HT:HS 10% (80°C/30 min) 1527 ± 2.82ghi 901 ± 8.48i 1947.5 ± 7.77k

HT:HS 10% (100°C/30 min) 1517 ± 8.18g 878 ± 5.65h 1799 ± 9.89j

HT:HS 10% (130°C/30 min) 1465.5 ± 6.36e 807.5 ± 3.53cd 1560 ± 2.82g

HT:HS 20% (80°C/30 min) 1532.5 ± 7.77hij 794 ± 11.31c 2197.5 ± 6.36n

HT:HS 20% (100°C/30 min) 1522.5 ± 7.77gh 762.5 ± 2.12b 2147 ± 4.24m

HT:HS 20% (130°C/30 min) 1335 ± 11.31a 674 ± 7.07a 1795 ± 4.24j

1HT, harina de trigo; HA, harina de avena; HM, harina de maíz; HS, harina de sorgo; cP, centipoise. 2Medias con la misma letra dentro de la columna no son significativamente diferentes (p ≥ 0.05).

Tabla 2. Perfil de viscosidad de la HT1 sustituida al 10 o 20% con HA, HM o HS tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C por 30 min.Table 2. Viscosity profile of HT1 substituted with HA, HM or HS at 10 or 20 %, heat-treated at 80, 100 or 130 °C for 30 min.

las sustituciones realizadas con HA, HM o HS en los diferentes niveles y tratamientos térmicos. Al utilizar HA o HM en las sustituciones no se observa un comportamiento regular, sin embargo, al utilizar HS si se observa la tendencia de disminuir a medida que se incrementó la temperatura de tratamiento. Este efecto se presentó para los dos niveles de sustitución al que se usó HS. Al observar los análisis de varianza para la sustitución de HT por HA, HM o HS, se logró apreciar que la diferencia estadística estaba determinada por los factores de temperatura, % de sustitución, así como la interacción de ambos. Con la finalidad de evaluar la capacidad fermentativa de las harinas se midió el volumen de la masa durante una hora de fermentación a 90 % de HR y 40 °C. La Figura 3 muestra el volumen para las mezclas de HT con las harinas tratadas térmicamente mediante graficas de superficie de respuesta, así como el obtenido de HT. La Figura 3A en la que HT fue sustituida por HA tratada térmicamente muestra como el tratamiento térmico fue muy influyente ya que generó un incremento importante en la capacidad fermentativa, siendo esta superior a la de HT (136.32 cm3 ± 4.62). El volumen mayor de la masa se obtuvo cuando se aplicó una temperatura de 100 °C tanto para la sustitución del 10 % (160.13 cm3 ± 5.96) como del 20 % (163.93 cm3 ± 4.11). Este comportamiento posiblemente esté relacionado

con el aporte de β-glucanos de la avena, que, aunque normalmente son utilizados como ingrediente en alimentos funcionales, también son utilizados para mejorar las propiedades viscoelásticas de formulaciones de pan libre de gluten (Lazaridou y Biliaderis, 2007). Estudios realizados por Londono et al. (2015) mostraron como el contenido y viscosidad de β-glucanos afectan las propiedades tecnológicas de la masa de avena en un sistema libre de gluten y un sistema con gluten, encontrando un aumento en la capacidad de retención de gas. El tratamiento térmico a la HM también generó cambios en su capacidad fermentativa cuando esta fue combinada con HT. Como se puede observar en la Figura 3B, independientemente del grado de sustitución y de la intensidad del tratamiento térmico, se produjeron cambios importantes en el volumen de la masa, la mayoría de estos cambios tuvieron una influencia negativa en el volumen final de la masa, solo se alcanzó un valor aproximado al de la harina de referencia HT (136.32 cm3 ± 4.62) para la combinación de HT: HM al 10 % que mostró su máxima capacidad fermentativa cuando HM fue tratada térmicamente a 130 °C durante 30 minutos (135.89 cm3 ± 6.14). Este comportamiento puede estar relacionado con lo observado en estudios desarrollados por Van Hung y Morita (2004), so-bre propiedades de la masa y la calidad del pan de harinas suplementados con almidones de maíz reticulados, donde


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130

140

150

160

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80

90

100

110

120

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1012

1416

1820

Vol

umen

de

la m

asa

(cm

3 )

Tempe

ratu

ra (°

C)

Sustitución (%)

HT136.32

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110

120

130

140

80

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100

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Vol

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C)

Sustitución (%)

HT136.32

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Vol

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de

la m

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(cm

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Tempe

ratu

ra (°

C)

Sustitución (%)

HT136.32

A

B

C

Figura 3. Volumen de la masa de HT sustituida al 10 o 20 % con HA (A), HM (B) o HS (C) tratadas térmicamente a 80, 100 o 130 °C por 30 min.Figure 3. Dough volume of the HT substituted with HA (A), HM (B) or HS (C) at 10 or 20 %, heat-treated at 80, 100 or 130 °C for 30 min.

observaron que las harinas sustituidas con almidones de maíz con alto grado de hinchamiento generan una masa más fuerte con un volumen de pan mayor y una miga más blanda que al utilizar almidones de maíz de bajo grado de hinchamiento. En lo que respecta a los resultados obtenidos cuando se utilizó HS en la sustitución de HT, estos se pueden observar en la Figura 3C, se aprecia como la aplicación de tratamientos térmicos de 80 o 100 °C sobre HS utilizada en los dos niveles de sustitución de HT no produjo cambios importantes en el volumen de fermentación. En cambio, cuando la temperatura aplicada fue de 130 °C se produjo un incremento importante en la capacidad fermentativa de la harina llegando incluso, en el caso de la sustitución al 10 %, a valores (137.32 cm3 ± 6.37) similares a los de HT. Este comportamiento puede estar relacionado con estudios realizados por Marston et al. (2016), donde observaron efectos positivos en harinas de sorgo utilizadas para elaborar pastel, las cuales fueron tratadas térmicamente, aumentando la viscosidad de la masa mientras se producía una disminución en la gravedad especifica de la misma, haciendo que más burbujas de aire quedaran atrapadas en la masa. Además de generar una masa más fuerte, que ayudó a prevenir la coalescencia de las celdas de gas y el colapso durante el enfriamiento, mejoró la resistencia estructural y el volumen del pastel, que ésta relacionado directamente con el volu-men de la masa durante la fermentación.

CONCLUSIONESLa DTP fue afectada por el % de sustitución y el tra-

tamiento térmico, así como por la interacción de ambos, la tendencia en este parámetro fue de disminuir al incrementar la temperatura del tratamiento térmico. La CRA fue afectada significativamente por el % de sustitución y el tratamiento térmico, un incremento en este parámetro incluso mayor al obtenido por HT fue observado cuando se utilizó HA al 20 % tratada a 100 °C. El perfil de viscosidad también fue afectado por el % de sustitución y el tratamiento térmico, la viscosidad final fue uno de los parámetros donde se hizo más evidente este comportamiento, lográndose observar incrementos importantes cuando la sustitución de la HT se realizó con HM o HS al 20 % tratadas a 80 o 100 °C. Finalmente, el tratamien-to térmico favoreció la capacidad fermentativa cuando se utilizó HA al 10 o 20 % tratada a 100 °C en la sustitución de HT, generó un volumen de la masa incluso mayor al observado cuando se utilizó HT, esto es deseable ya que se esperaría un volumen de pan mayor al que se obtendría con utilizar solo HT, además de obtener un pan mejorado nutrimentalmente por ser la avena uno de los cereales más completos en cuanto a aporte de aminoácidos limitantes (lisina) se refiere.

REFERENCIASAACC, 2000. Approved Methods of American Association of

Cereal Chemists. 10th Ed. The Association, St. Paul, MN, USA. Methods 56-11, 76-21.

Alvis, A., Vélez, C.A., Villada, H.S. y Rada-Mendoza, M. 2008. Análisis físico-químico y morfológico de almidones de


53


ñame, yuca y papa y determinación de viscosidad de las pastas. Información Tecnológica Vol. 19 (1), 19-28.

Batey, I.L. 2000. Interactions of starch with glutens having different glutenin sub-units. In: Wheat Gluten. P.R. Shewry and A.S. Tatham, Eds. Royal Society. Pp. 499-502.

Berton, B., Scher, J., Villieras, F. y Hardy, J. 2002. Measurement of hydration capacity of wheat flour: Influence of composition and physical characteristics. Powder Technology (128) 326-331.

Bucsella, B., Takács, Á., Vizer, V., Schwendener, U. y Tömösközi, S. 2016. Comparison of the effects of different heat treatment processes on rheological properties of cake and bread wheat flours. Food Chemistry (190) 990-996.

Bushuk, W. y I. Hilnka, I. 1964. Water as a constituent of flour, dough, and bread. Baker’s Dig. (38) 43-46.

Bushuk, W. 1966. Distribution of water in dough and bread. Baker’s Dig. 40 (5) 38-40.

Ferreras-Charro, R. 2009. Análisis reológico de las diferentes fracciones de harina obtenidas en la molienda del grano de trigo. Tesis Ingeniería Técnica Agrícola. Universidad de Salamanca, España.

Haynes, L.C., Bettge, A.D. y Slade, L. 2009. Soft wheat and flour products methods review: Solvent retention capacity equation correction. AACC International Report (54) 174-175.Hung, P.V. y Morita, N. 2004. Dough properties and bread quality of flour supplemented with cross-linked corn starches. Food Research International (37) 461-467.

Hüttner, E.K., Dal Bello, F. y Arendt, E.K. 2010. Rheological properties and bread making performance of commercial wholegrain oat flours. Journal of Cereal Science (52) 65-71.

Imberty, A., Chanzy, H., Pérez, S., Bulèon, A. y Tran, V. 1988. The double helical nature of the crystalline part of A-starch. Journal of Molecular Biology Vol. 201 (2) 365-378.

Jelaca, S.L. y Hlynka, I. 1971. Water-binding capacity of wheat flour crude pentosans and their relation to mixing characteristics of dough. Cereal Chemistry (48) 211-222.

Kim, W., Choi, S.G. Kerr, W.L., Johnson, J.W. y Gaines, C.S. 2004. Effect of heating temperature on particle size distribution in hard and soft wheat flour. Journal of Cereal Science (40) 9-16.

Labanowska, M., Weselucha-Birczyńska, A., Kurdziel, M. y Puch, P. 2013. Thermal effects on the structure of cereal starches. EPR and Raman spectroscopy. Carbohydrate Polymers (92) 842-848.Labuza, T.P. y Busk, C.G. 1979. An analysis of the water binding in gels. Journal of Food Science (44) 1379-1385.

Larsen, R.A. 1964. Hydration as factor in bread quality. Cereal Chemistry (41) 181-187.

Lazaridou, A. y Biliaderis, C.G. 2007. Molecular aspects of cereal β-glucan functionality: Physical properties, technological applications and physiological effects. Journal of Cereal Science (46) 101-118.

Lee, W.J., Pedersen, J.F. y Shelton, D.R. 2002. Relationship of sorghum kernel size to physiochemical, milling, pasting, and cooking properties. Food Research International (35) 643-649.

Londono, D.M., Gilissen, Luud J.W.J., Visser, Richard, G.F., Smulders, Marinus, J.M. y Hamer, R.J. 2015. Understanding the role of oat β-glucan in oat-based dough systems. Journal of Cereal Science (62) 1-7.

Marston, K., Khouryieh, H. y Aramouni, F. 2016. Effect of heat treatment of sorghum flour on the functional properties of gluten-free bread and cake. LWT-Food Science and Technology (65) 637-644.

Neill, G., Al-Muhtaseb, A.H. y Magee, T.R.A. 2012. Optimisation of time/temperature treatment, for heat treated soft wheat flour. Journal of Food Engineering (113) 422-426.

Ozawa, M., Kato, Y. y Seguchi, M. 2009. Investigation of dry-heated hard and soft wheat flour. Starch-Stärke 61, 398-406.Rasper, V.F. y DeMan, J.M. 1980. Effect of granule size of substituted starches on the rheological character of composite doughs. Cereal Chemistry (57) 331-340.

Sahin, S. 2008. Cake batter rheology. In: Sumnu, S.G., Sahin, S. (Eds.), Food Engineering Aspects of Baking Sweet Goods. CSR Press, Boca Ratón, Florida, USA.

Shittu, T.A., Raji, A.O. y Sanni, L.O. 2007. Bread from composite cassava-wheat flour: I. Effect of baking time and temperature on some physical properties of bread loaf. Food Research International (40) 280-290.

Soleimani Pour-Damanab, A.R., Jafary, A. y Rafiee, Sh. 2011. Monitoring the dynamic density of dough during fermentation using digital imaging method. Journal of Food Engineering (107) 8-13.

Tadeu-Paraginski, R., Levien-Vanier, N., Berrios, J.J., De Oliveira, M. y Cardoso-Elias, M. 2014. Physicochemical and pasting properties of maize as affected by storage temperature. Journal of Stored Products Research (59) 209-214.

Villarino, C.B.J., Jayasena, V. Coorey, R., Chakrabarti-Bell, S. y Johnson, S.K. 2015. The effects of Australian sweet lupin (ASL) variety on physical properties of flours and breads. LWT-Food Science and Technology (60) 435-443.

efecto del tratamiento tÉrmico en la capacidad

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